蛋白質(zhì)組學(xué)在番茄非生物逆境脅迫中的研究進(jìn)展

王 強(qiáng)，王柏柯，劉會(huì)芳，韓宏偉，莊紅梅，王 娟，楊 濤，

王 浩1，秦 勇2

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所，烏魯木齊 830091，2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】番茄(Solanumlycopersicum)屬于茄科植物，番茄是溫帶作物，在不同的氣候區(qū)都可種植，大多數(shù)非適宜番茄種植區(qū)采用溫室栽培，不斷變化的環(huán)境條件和非生物逆境脅迫，如干旱、鹽堿、高溫等，影響了番茄作物的生產(chǎn)力和產(chǎn)量。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的迭代發(fā)展，產(chǎn)生了基因組學(xué)，轉(zhuǎn)錄組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)，代謝組學(xué)等組學(xué)分支[1-3]。組學(xué)方法從有機(jī)體、組織、細(xì)胞乃至分子，提供了宏觀到微觀的整體視圖。通過一個(gè)相對較新的生命科學(xué)分支，來提供多維生物學(xué)信息的不同組學(xué)[4-5]。另外，環(huán)境干擾的復(fù)雜性和變化性迫切需要系統(tǒng)生物學(xué)方法來描述基因、蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物，以正確評估由相應(yīng)應(yīng)激條件引起的定性和定量變化及影響。轉(zhuǎn)錄水平的變化并不總是反映蛋白質(zhì)水平的變化，這主要?dú)w因于轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的降解和轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控機(jī)制[1]。與基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)相比，其他組學(xué)分支如蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)尚未得到充分探索。已有的基因組/轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析雖然為揭示植物響應(yīng)逆境脅迫調(diào)控機(jī)制提供了一些重要信息[6-9]。但由于植物對脅迫的反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過程，如涉及代謝產(chǎn)物的積累或蛋白質(zhì)表達(dá)的翻譯水平修飾，都無法通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)或基因組方法進(jìn)行研究[10]。其次由于存在轉(zhuǎn)錄可變剪切、蛋白質(zhì)翻譯后修飾、蛋白質(zhì)相互作用、蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位，以及基因/蛋白質(zhì)的多途徑調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；通過單基因策略和轉(zhuǎn)錄組研究并不能全面揭示植物體內(nèi)應(yīng)對逆境脅迫的機(jī)理機(jī)制，如蛋白質(zhì)合成后的修飾加工、定位、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)間的分子互作、蛋白質(zhì)分子與其他生物分子間的相互作用等活動(dòng)，這些都無法在基因組/轉(zhuǎn)錄組水平上獲知。在蛋白質(zhì)組水平研究響應(yīng)非生物逆境脅迫機(jī)制非常必要[11-14]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近20年來，隨著基于凝膠和無凝膠蛋白分離及相對定量技術(shù)(2D-DIGE，iTRAQ，無標(biāo)記質(zhì)譜/質(zhì)譜蛋白定量)的發(fā)展和模型植物(擬南芥、番茄)以及主要作物(水稻，大豆，玉米，大麥，小麥)全基因組序列的發(fā)表，植物高通量蛋白質(zhì)組學(xué)研究呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢。近年來發(fā)表的關(guān)于植物脅迫蛋白質(zhì)組學(xué)的綜述論文，包括植物非生物脅迫蛋白質(zhì)組學(xué)綜述[15]，鹽、干旱和極端溫度等主要非生物脅迫蛋白質(zhì)組學(xué)綜述[16]，低溫脅迫蛋白質(zhì)組學(xué)綜述[17]，脫水脅迫[18]。此外，還發(fā)表了非生物脅迫下的葉綠體蛋白質(zhì)組[19]、植物蛋白質(zhì)組對鹽的響應(yīng)[20-21]。蛋白質(zhì)組學(xué)在植物中的研究多集中在主要作物的脅迫反應(yīng)[22]，包括水稻[23]、玉米[24]、小麥和大麥[25]，大豆[26]等溫帶氣候下作物的逆境蛋白質(zhì)組學(xué)[27]等；蔬菜作物也有一些綜述報(bào)道[28]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】非生物逆境脅迫是制約番茄作物生長發(fā)育、影響品質(zhì)和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，非生物逆境脅迫是制約番茄作物生長發(fā)育、影響品質(zhì)和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，關(guān)于蛋白質(zhì)組在番茄作物中的研究報(bào)道逐年增多，蛋白質(zhì)組技術(shù)本身也在不斷改進(jìn)?；仡櫧陙淼鞍踪|(zhì)組在番茄非生物逆境脅迫中的研究進(jìn)展?！緮M解決的關(guān)鍵問題】查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，收集與番茄作物相關(guān)的蛋白質(zhì)組非生物逆境脅迫前沿研究報(bào)道。整理匯總，總結(jié)近年來蛋白質(zhì)組學(xué)在番茄非生物逆境脅迫中的研究，為蛋白質(zhì)組在番茄非生物逆境脅迫領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

采集國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，收集與番茄作物相關(guān)的蛋白質(zhì)組非生物逆境脅迫文獻(xiàn)進(jìn)展。

1.2 方 法

運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法匯總文獻(xiàn)資料、官網(wǎng)數(shù)據(jù)等，總結(jié)分析蛋白質(zhì)組學(xué)在番茄逆境脅迫的研究文獻(xiàn)，概述其在番茄非生物逆境脅迫適應(yīng)機(jī)制的研究進(jìn)展。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫響應(yīng)

研究表明，大量的遺傳性狀已被證明與這些機(jī)制有關(guān)[29]。Chen等[30]發(fā)現(xiàn)了一種未知的番茄鹽反應(yīng)蛋白在少于4 d的脅迫下的瞬時(shí)合成。他們還證明了脫落酸在大多數(shù)這些蛋白質(zhì)的合成中并不起主要作用。Amini等[31]鑒定出5種受24 h鹽脅迫調(diào)控的番茄蛋白，而Chen等[32]在7 d鹽脅迫處理后鑒定出23種鹽脅迫響應(yīng)蛋白，比較了敏感和耐受基因型。部分抗氧化蛋白、熱休克蛋白和碳水化合物代謝相關(guān)蛋白表達(dá)上調(diào)。Juan等[33]觀察到與敏感品種相比較，耐鹽番茄品種的蔗糖水平提高，相反，核糖-1,5-雙磷酸羧化酶/加氧酶(RuBisCO)活性水平更低，總的RuBisCO活性得到抑制，CO2的吸收減少。Manaa等[34]證明了在鹽脅迫條件下2個(gè)不同品種番茄的生理和分子的變化。植物受到脅迫表現(xiàn)出生長和葉片滲透勢降低，而脂質(zhì)過氧化(丙二醛含量)則升高。而與先前的研究相反的是RuBisCO活酶以及與光合作用相關(guān)的蛋白質(zhì)RuBisCO大亞基，丙酮酸脫氫酶，葡萄糖6-磷酸脫氫酶，蘋果酸脫氫酶在鹽脅迫條件表達(dá)水平上升。Amini等[35]研究了鹽誘導(dǎo)的番茄蛋白質(zhì)組變化，在添加0、40、120和160 mM的氯化鈉營養(yǎng)液的幼苗處理24 d，雙向電泳蛋白質(zhì)組學(xué)方法檢測到400個(gè)蛋白點(diǎn)，其中18個(gè)蛋白點(diǎn)在鹽脅迫下表現(xiàn)出顯著變化。值得關(guān)注的是，表皮生長因子受體蛋白(EGFR)，酪氨酸激酶超家族的成員在鹽脅迫條件下表達(dá)水平增加，這也是已知的磷酸化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)事件的前體。過氧化氫(H2O2)也誘導(dǎo)表皮生長因子受體磷酸化。在鹽脅迫下，活性氧(ROS)包括H2O2作為代謝的副產(chǎn)物形成，因此，應(yīng)激蛋白EGFR的上調(diào)也可能與H2O2的解毒作用有關(guān)。M2D3.3、RAV樣B結(jié)構(gòu)域DNA結(jié)合蛋白和耐鹽蛋白(分子量25 kDa)也在鹽脅迫條件下大量增加。番茄品種Moneymaker幼苗在不同濃度氯化鈉(50、100和150 mM)下鹽脅迫處理，并進(jìn)行雙向差異凝膠電泳技術(shù)，結(jié)果鑒定出17個(gè)包括鐵氧還蛋白(+)還原酶和UDP-葡萄糖焦磷酸化酶的差異蛋白，其中鐵氧還蛋白(+)還原酶在鹽脅迫下被誘導(dǎo)1.2倍，這是因?yàn)橹参锶~綠體硫氧還蛋白系統(tǒng)使用鐵氧還蛋白還原酶來解毒過氧化物酶以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[36]。還鑒定到了UDP-葡萄糖焦磷酸化酶，它是蔗糖[37]、細(xì)胞壁多糖[38]和淀粉生物合成[39]的重要前體。

鹽脅迫下，對番茄幼苗(Patio和F144)采用雙向電泳結(jié)合液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析了自由基和下胚軸的蛋白質(zhì)組，檢測到23種蛋白質(zhì)，包括熱休克蛋白、解毒酶、碳水化合物代謝、ATP合成酶、轉(zhuǎn)錄翻譯和光合代謝[40]。此外，還評估了甜菜堿對鹽脅迫誘導(dǎo)的外源性作用，這與已知的鹽脅迫條件下的反向抑制作用類似[40]。蛋白質(zhì)組學(xué)分析在2個(gè)品種中鑒定出了不同的候選蛋白，這些蛋白主要參與細(xì)胞挽救及防御[40]。Gong等[41]利用iTRAQ技術(shù)，鑒定了一組番茄根系對NaCl和NaHCO3脅迫的差異表達(dá)蛋白，共觀察到313個(gè)對NaCl和NaHCO3反應(yīng)的蛋白。其中，鹽脅迫上調(diào)蛋白70個(gè)，堿脅迫上調(diào)蛋白114個(gè)，鹽處理下調(diào)蛋白80個(gè)，堿處理下調(diào)蛋白83個(gè)。只有39個(gè)上調(diào)蛋白和30個(gè)下調(diào)蛋白被鹽脅迫和堿脅迫共同存在。與鹽脅迫相比，堿脅迫下調(diào)了番茄根系呼吸代謝、脂肪酸氧化代謝和氮代謝相關(guān)蛋白，上調(diào)了活性氧清除和離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)蛋白。

Manaa等[42]報(bào)道了鹽和鈣對2種番茄基因型果實(shí)蛋白質(zhì)組差異的影響。用對照溶液(3 dSm-1)或含鹽溶液(7.6 dSm-1的鈉/鈣鈉)灌溉番茄植株。在番茄果實(shí)綠色(開花后14 d)和轉(zhuǎn)紅2個(gè)階段，通過雙向凝膠電泳進(jìn)行分離。在檢測到的600個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)中，53個(gè)點(diǎn)在樣品之間顯示出顯著的差異。大多數(shù)已鑒定的蛋白質(zhì)參與碳和能量代謝、鹽脅迫、氧化脅迫以及與成熟過程相關(guān)的蛋白質(zhì)。2種基因型之間的蛋白質(zhì)豐度有很大的差異，這可能與鹽處理或/和果實(shí)成熟期有關(guān)。鈣具有保護(hù)作用，限制了鹽堿化對代謝、成熟過程的影響，并誘導(dǎo)植物耐鹽，揭示了NaCl (Na或Ca2++Na)脅迫下番茄果實(shí)蛋白質(zhì)組水平的變化，并根據(jù)蛋白質(zhì)的功能及其對鹽脅迫反應(yīng)的響應(yīng)將其與果實(shí)發(fā)育階段聯(lián)系起來。

Tang等[43]采用蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)方法，研究了不同成熟階段番茄果實(shí)蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物的變化以及鹽處理對果實(shí)品質(zhì)的影響，成熟青果和NaCl處理的成熟果分別與成熟果相比差異蛋白有2 607和153個(gè)差異蛋白。重要的是，NaCl處理誘導(dǎo)了β-果糖呋喃糖苷酶和脂氧合酶的蛋白表達(dá)，這2種酶分別負(fù)責(zé)糖和揮發(fā)性芳香物質(zhì)的積累。NaCl處理增加了氨基酸丙氨酸的積累和支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶的表達(dá)，支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶是參與酯催化合成的關(guān)鍵酶。NaCl處理抑制了β-半乳糖苷酶和內(nèi)切葡聚糖酶的表達(dá)，提高了果實(shí)的硬度。

2.2 干旱脅迫響應(yīng)

Ogden等[44]收集了干旱脅迫和恢復(fù)期番茄葉片韌皮部分泌物，分析鑒定了2 558個(gè)蛋白質(zhì)，在韌皮部汁液中發(fā)現(xiàn)了大量已知和新發(fā)現(xiàn)的蛋白，以及在干旱條件下其豐度發(fā)生變化的蛋白質(zhì)。新發(fā)現(xiàn)的韌皮部汁液蛋白包括活性氧、海藻糖代謝以及RNA沉默相關(guān)的蛋白。

Tamburino等[45]研究了番茄葉綠體對嚴(yán)重干旱處理的反應(yīng)和隨后的恢復(fù)周期。水分虧缺嚴(yán)重影響葉綠體蛋白質(zhì)組成，主要涉及與能量相關(guān)的功能蛋白。在恢復(fù)水分循環(huán)之后，生理參數(shù)和代謝水平表明番茄植物功能恢復(fù)，而蛋白質(zhì)組學(xué)顯示葉綠體蛋白組成仍在進(jìn)行調(diào)整，其范圍甚至比干旱時(shí)期還要廣泛。候選基因表達(dá)和脫落酸積累的變化表明，在特定的葉綠體-細(xì)胞核(逆行)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的應(yīng)答作用下激活并與脫落酸依賴的網(wǎng)絡(luò)互連。通過協(xié)調(diào)核編碼質(zhì)體定位蛋白的表達(dá)和介導(dǎo)植物逆境響應(yīng)，對葉綠體作為環(huán)境傳感器的作用進(jìn)行了概述。

Zhou等[46]利用敏感番茄品種(LA3465)和耐脫水番茄品種(LA1958)根系蛋白質(zhì)組的比較分析，鑒定到蛋白質(zhì)在耐受機(jī)制中起重要作用。LA1958品種鑒定到170種蛋白質(zhì)，其中106種蛋白質(zhì)在脅迫條件下被抑制，64種蛋白質(zhì)被誘導(dǎo)。同樣，在番茄中LA3465中，在130個(gè)鑒定的蛋白質(zhì)中，104個(gè)蛋白質(zhì)在脅迫條件下被抑制，26個(gè)蛋白質(zhì)被顯著誘導(dǎo)。在LA1958中，誘導(dǎo)了晚期胚胎發(fā)生豐富蛋白(LEA)和脫落酸(ABA)、脅迫和成熟誘導(dǎo)(ASR)蛋白。在LA3465中誘導(dǎo)出脫水蛋白和水分脅迫誘導(dǎo)蛋白3。此外，鈣調(diào)素在耐受番茄品種中被誘導(dǎo)，但在敏感品種中被抑制。在這2個(gè)品種中，用于折疊新生和變性蛋白以及在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體細(xì)胞器中介導(dǎo)蛋白質(zhì)加工和定位的蛋白質(zhì)受到不同的影響。Marjanovic等[47]研究了部分根區(qū)干旱(PRD)對番茄果實(shí)的影響。從果實(shí)2個(gè)生長階段(開花后15和30 d)的果皮組織中提取蛋白質(zhì)，進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，PRD果實(shí)的細(xì)胞壁、能量和應(yīng)激防御相關(guān)蛋白的表達(dá)增加可以延長果實(shí)的生長時(shí)間，在PRD果實(shí)細(xì)胞擴(kuò)張階段，一些抗氧化酶的上調(diào)可能與其保護(hù)果實(shí)免受PRD誘導(dǎo)的輕度脅迫有關(guān)。

2.3 高溫脅迫響應(yīng)

番茄植株的生長和發(fā)育對持續(xù)或短暫高溫非常敏感，高溫可能導(dǎo)致產(chǎn)量急劇下降[48]。超過閾值水平的高溫會(huì)對植物的生長、光合作用和產(chǎn)量造成不可逆轉(zhuǎn)的損害[49]。嚴(yán)重的高溫脅迫會(huì)給農(nóng)作物造成永久性損害[50]。溫度超過35℃會(huì)對花朵的發(fā)育過程產(chǎn)生負(fù)面影響，而花藥是最易感的生殖器官[51-53]。高溫的各種影響也取決于基因型(即耐熱性或熱敏性品種)。Chaturvedi等[54]使用鳥槍蛋白質(zhì)組學(xué)方法(GEL-LTQ-Orbitrap MS)比較了番茄Hazera 3017中2個(gè)花粉發(fā)育階段(減數(shù)分裂后和成熟)的熱應(yīng)激蛋白質(zhì)組。Hazera 3017是1種對熱敏感的品種，共鑒定出2 000個(gè)蛋白。在這項(xiàng)研究中，通過應(yīng)用1種新的tMAPA策略對鑒定的肽進(jìn)行定量，從而檢測出51種獨(dú)特的蛋白作為熱響應(yīng)候選物。在減數(shù)分裂后期，鑒定出晚期胚胎發(fā)生豐富蛋白(LEA)、冷休克蛋白1、小熱休克蛋白20(sHSP20)和22個(gè)伴侶蛋白之類的蛋白。LEA是熱應(yīng)激的重要蛋白質(zhì)標(biāo)記，它參與蛋白質(zhì)的正確折疊和構(gòu)象(結(jié)構(gòu)和功能)，LEA蛋白在應(yīng)激條件下在所有發(fā)育階段均表達(dá)，無組織特異性。此外，已知sHSP20和22在熱處理減數(shù)分裂后期(小孢子和極化小孢子)起保護(hù)作用。番茄的轉(zhuǎn)錄分析表明編碼熱應(yīng)激轉(zhuǎn)錄因子，熱休克蛋白以及參與ROS清除劑過程的蛋白參與了生殖組織對熱脅迫和耐熱性的響應(yīng)[55-57]。Mazzeo MF等[58]從2種基因型(耐熱和熱敏感)收集的番茄花藥進(jìn)行了差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究，探索脅迫響應(yīng)機(jī)制并鑒定可能與耐熱相關(guān)的蛋白質(zhì)。結(jié)果表明，熱脅迫主要影響能量和氨基酸代謝以及氮同化作用，并調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的表達(dá)，從而保證蛋白質(zhì)質(zhì)量和ROS解毒。此外，鑒定了與耐熱特性潛在相關(guān)的蛋白質(zhì)，例如谷氨酰胺合成酶，S-腺苷甲硫氨酸合成酶和多酚氧化酶。

Zhou等[59]比較了3個(gè)番茄品種Walter LA3465(耐熱)、Edkawi LA2711(中度耐熱)、LA1310(熱敏感)的蛋白質(zhì)組。在研究中，對具有4片完全展開的葉片的幼苗進(jìn)行7 d的熱處理(39℃/25℃，16/8光暗周期)。結(jié)果在熱脅迫下，品種Walter LA3465的牻牛兒牻牛兒還原酶、鐵氧還蛋白-NADP(+)還原酶、RuBisCO活化酶、轉(zhuǎn)酮酶被抑制，而胞質(zhì)NADPmalic酶和超氧化物歧化酶被誘導(dǎo)。另一方面，在栽培品種Edkawi LA2711中，9種蛋白質(zhì)(RuBisCO活化酶、黃酮醇合酶、M1家族肽酶等)被抑制，而包括親環(huán)素、果糖1，6-二磷酸醛縮酶、轉(zhuǎn)酮酶等在內(nèi)的一些其他蛋白質(zhì)被增加。在LA1310品種中，8種蛋白質(zhì)被熱抑制，4種被熱誘導(dǎo)。結(jié)合從3個(gè)番茄品種的蛋白質(zhì)組分析中獲得的信息表明，在熱脅迫下，像RuBisCO活化酶和S-腺苷-L-同型半胱氨酸水解酶這樣的蛋白質(zhì)以及一些其他參與細(xì)胞防御、碳水化合物代謝、光合作用(例如轉(zhuǎn)酮酶)的蛋白質(zhì)受到抑制。Muneer S等[60]以“Super Sunload”和“Super Doterang”為接穗，以“B-blocking”為砧木在不同溫度下生長的番茄植物的生理和蛋白質(zhì)組學(xué)分析。共鑒定出87種對不同溫度有反應(yīng)的蛋白質(zhì)。

2.4 低溫/冷脅迫響應(yīng)

低溫(<20℃)或冷害(<0℃)的溫度會(huì)影響植物的生長和存活，而這些條件由于組織中結(jié)冰會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞脫水[61]。在這種不利條件下，植物通常會(huì)通過激活初級代謝并增加抗氧化劑和伴侶蛋白的水平來產(chǎn)生更多的能量。前期研究使用2-DE[62]和2D-DIGE[63]分析了低溫對番茄果實(shí)的影響。低溫處理的番茄果實(shí)的2-DE分析表明，在低溫脅迫下蛋白質(zhì)組的調(diào)節(jié)率為6%。特別是硫氧還蛋白過氧化物酶和富含甘氨酸的RNA結(jié)合蛋白(GRP)與番茄果實(shí)的低溫脅迫有關(guān)[62]。另一方面，2D-DIGE對低溫處理的番茄果實(shí)的分析表明，與防御相關(guān)的蛋白質(zhì)，如sHSP和晚期胚胎發(fā)生蛋白。以及與光合作用和蛋白質(zhì)降解機(jī)制解偶聯(lián)有關(guān)的蛋白質(zhì)。此外，觀察到ATP合酶，26S蛋白酶體亞基RPN11和天冬氨酸蛋白酶豐度降低是對番茄果實(shí)冷脅迫的早期反應(yīng)[63]。

Page等[64]研究表明，冷藏水果中上調(diào)的蛋白質(zhì)與抗凍性有關(guān)，而下調(diào)的蛋白質(zhì)則與冷凍過程有關(guān)。參與對低溫條件的不同抗性的蛋白質(zhì)是小熱休克蛋白(sHSPs)和一組參與防御內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激脅迫的蛋白質(zhì)。Vega-Garcia等[65]比較了低溫貯藏的番茄和室溫貯藏番茄的蛋白質(zhì)譜。觀察到2種與冷害有關(guān)的蛋白質(zhì)硫氧還蛋白過氧化物酶和富含甘氨酸的RNA結(jié)合蛋白積累顯著增加，在這2個(gè)蛋白質(zhì)組學(xué)研究中，都比較了具有明顯冷害癥狀的正常水果和受損水果的蛋白質(zhì)譜，參與植物應(yīng)對冷脅迫的響應(yīng)機(jī)制的蛋白質(zhì)無法區(qū)分。在第1個(gè)明顯的冷害癥狀出現(xiàn)之前，對低溫貯藏的番茄進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)研究，這一策略可以避免低溫脅迫晚期相關(guān)蛋白的干擾。

2.5 其他非生物脅迫響應(yīng)

Hattrup等[66]研究了番茄(Better boy)葉片在避光反應(yīng)中的蛋白質(zhì)組模式。在這項(xiàng)研究中，植物在室溫下和遮陰環(huán)境下光照直射生長。用2-DE和nESI-LC-MS/MS對葉片蛋白進(jìn)行研究。共鑒定出59個(gè)差異表達(dá)的蛋白，這是避光機(jī)制的一部分。這些已鑒定的蛋白被分呼吸作用、卡爾文循環(huán)、糖酵解、生物合成、細(xì)胞維持、應(yīng)激反應(yīng)、呼吸作用、光收集、細(xì)胞維持、應(yīng)激反應(yīng)等功能類別[66]。Ahsan等[67]對番茄葉片漬水脅迫的反應(yīng)。從葉片中提取總蛋白，進(jìn)行聚乙二醇分餾和雙向電泳分析。聚乙二醇分餾的功效表現(xiàn)在葉片樣品中茜草素的耗竭和低豐度蛋白質(zhì)的富集[68]。漬水脅迫在番茄葉片中產(chǎn)生大量的活性氧。還抑制蛋白質(zhì)生物合成和蛋白酶活性，蛋白酶活性在程序性細(xì)胞死亡中起主要作用，這可能是淹水脅迫下葉片衰老的一個(gè)可能原因[67]。

3 討 論

番茄逆境脅迫處理的蛋白質(zhì)組學(xué)研究仍以總蛋白質(zhì)組的比較研究為主，即比較對照與脅迫處理的蛋白質(zhì)組以及對特定脅迫反應(yīng)不同的基因型。蛋白質(zhì)組學(xué)方法通常利用二維凝膠電泳、同位素編碼親和標(biāo)簽(ICAT)、同位素標(biāo)記相對和絕對定量(isobaric tag for relative and absolute quantification ，iTRAQ)、質(zhì)譜(MS)、基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間(MALDI TOF)、蛋白質(zhì)印跡等結(jié)合生物信息學(xué)工具來鑒定蛋白質(zhì)并繪制它們在細(xì)胞環(huán)境中的相互作用。蛋白質(zhì)組學(xué)用于鑒定番茄鹽脅迫[69]，溫度脅迫[70]和干旱脅迫[71]有關(guān)的響應(yīng)蛋白。逆境脅迫相關(guān)的蛋白質(zhì)已被廣泛報(bào)道，例如，利用雙向凝膠電泳和MALDI-TOF / TOF MS，番茄幼苗中發(fā)現(xiàn)67種差異表達(dá)的蛋白質(zhì)可響應(yīng)高溫[72]。在這項(xiàng)研究中，蛋白質(zhì)組學(xué)分析低溫脅迫下番茄品種的變化[73]，除了提取、分離和檢測相關(guān)問題外，對被注釋基因的高度準(zhǔn)確和廣泛的注釋和高質(zhì)量的GO分類仍然不足。盡管已經(jīng)進(jìn)行了許多蛋白質(zhì)組學(xué)分析來研究番茄的非生物脅迫響應(yīng)，但數(shù)據(jù)分析和解釋仍然是蛋白質(zhì)組學(xué)深入研究瓶頸。隨著4D蛋白質(zhì)組學(xué)(4D-Proteomics)的發(fā)展，最新的DIA技術(shù)(DIA-PASEF)賦予其4D蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)的采集和匹配能力，相比傳統(tǒng)DIA技術(shù)數(shù)據(jù)匹配的缺失值和假陽性有效降低了，蛋白定量的準(zhǔn)確度也更高，更有利于高通量的樣本采集[74]?；贛S的方法與計(jì)算工具相結(jié)合能夠同時(shí)處理數(shù)百個(gè)肽段躍遷，并具有良好的重現(xiàn)性、可預(yù)測性和準(zhǔn)確性。無標(biāo)簽定量程序方便，且為蛋白表達(dá)全貌研究提供可靠的數(shù)據(jù)，該方法已被廣泛應(yīng)用于番茄品系評價(jià)[75-76]。

4 結(jié) 論

在非生物逆境脅迫條件下，番茄通過改變自身的蛋白質(zhì)表達(dá)水平對各種非生物脅迫作出響應(yīng)。蛋白質(zhì)組學(xué)研究能夠全面揭示番茄響應(yīng)脅迫時(shí)其細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，鑒定差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，是番茄抗逆生物學(xué)研究的重要組成部分。隨著高通量蛋白質(zhì)組技術(shù)進(jìn)步，將有更多的與番茄響應(yīng)非生物逆境脅迫相關(guān)的蛋白或基因被挖掘，非生物脅迫反應(yīng)的機(jī)制及在作物育種過程中鑒定和利用蛋白質(zhì)標(biāo)記的可能性。